CN103856169A - 一种提高双频功率放大器输出功率和效率的方法 - Google Patents

Abstract

一种提高双频功率放大器输出功率和效率的方法，在功率放大器的输入和输出匹配电路中引入交调频率的阻抗匹配，交调频率是指两个基频频率的和、差引入的交调项，具体为：先使用单频阻抗牵引技术得到双频功率放大器的最佳的基频阻抗、谐波阻抗；使用双频的阻抗牵引技术得到双频功率放大器的最佳的交调阻抗；然后设计一输入匹配电路，得到的最佳基频、谐波、交调输入阻抗；最后设计一输出匹配电路，得到的最佳基频、谐波、交调输出阻抗，本发明使得双频功率放大器的各项指标接近单频功率放大器的水平，从而为双频功率放大器的大规模工业应用打开了大门。

Description

一种提高双频功率放大器输出功率和效率的方法

技术领域

本发明涉及射频功率放大器技术领域，具体涉及一种提高双频功率放大器输出功率和效率的方法。

背景技术

随着通信技术的发展，有越来越多的3G/4G通信系统被标准化并投入运营。这些通信系统往往被分配在不连续的频段上，为了应对这种状况，双频发射系统成为下一代通信基站的关键技术。此外，在广播、雷达、微波传输等系统中，也提出了双频发射系统的需求。此外，在广播、雷达、微波传输等领域中，也有对双频发射系统的潜在需求。

在双频发射系统中，双频功率放大器是其中的核心器件，其输出功率和效率对整机的指标至关重要。目前，双频功率放大器的设计仍然沿用传统单频功率放大器的设计方法，即在设计时仅考虑两个基波频率(f1、f2)以及基波频率的谐波频率(2f1、2f2、3f1、3f2……)上的阻抗匹配，并在输入及输出端设计相应的阻抗匹配网络实现基频匹配和谐波匹配。

使用这种传统设计方法得到的双频功率放大器，实际上只是能分别在两个频率上工作的功率放大器，其在并行工作(即两个频率同时激励下)条件下的指标往往会极度的恶化，这使得用传统方法设计得到的双频功率放大器难以得到实际的工业应用。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种提高双频功率放大器输出功率和效率的方法，通过在输入、输出端引入交调频率匹配网络，使得双频功率放大器的各项指标接近单频功率放大器的水平。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种提高双频功率放大器输出功率和效率的方法，在功率放大器的输入和输出匹配电路中引入交调频率的阻抗匹配，交调频率是指两个基频频率的和、差引入的交调项，具体包括以下四个步骤：

1）使用单频阻抗牵引技术得到双频功率放大器的最佳的基频阻抗、谐波阻抗，基频阻抗、谐波阻抗分别包括输入阻抗和输出阻抗；

2）使用双频的阻抗牵引技术得到双频功率放大器的最佳的交调阻抗，交调阻抗包括输入阻抗和输出阻抗；

3）设计一输入匹配电路，实现步骤1)和步骤2)中得到的最佳基频、谐波、交调输入阻抗；

4）设计一输出匹配电路，实现步骤1)和步骤2)中得到的最佳基频、谐波、交调输出阻抗。

本发明的有益效果：根据理论分析，使用上述交调匹配方法设计双频功率放大器，对比传统设计方法，可以提高双频功放的输出功率200%以上，效率100%以上，使得双频功率放大器的各项指标接近单频功率放大器的水平，从而为双频功率放大器的大规模工业应用打开了大门。

附图说明

图1为本发明设计的双频功率放大器结构示意图。

图2为输出阻抗牵引示意图。

图3为输出匹配电路π型结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细描述。

一种提高双频功率放大器输出功率和效率的方法，在功率放大器的输入和输出匹配电路中引入交调频率的阻抗匹配，交调频率是指两个基频频率的和、差引入的交调项，例如二次交调频率f2-f1、f2+f1，三次交调频率2f2-f1、2f2+f1、2f1-f2、2f2-f1等。在引入交调匹配的同时，传统方法中的基频匹配和谐波匹配仍然得到沿用，具体包括以下四个步骤：

1）使用单频阻抗牵引技术得到双频功率放大器的最佳的基频阻抗、谐波阻抗，基频阻抗、谐波阻抗分别包括输入阻抗和输出阻抗；

2）使用双频的阻抗牵引技术得到双频功率放大器的最佳的交调阻抗，交调阻抗包括输入阻抗和输出阻抗；

3）设计一输入匹配电路，实现步骤1)和步骤2)中得到的最佳基频、谐波、交调输入阻抗；

4）设计一输出匹配电路，实现步骤1)和步骤2)中得到的最佳基频、谐波、交调输出阻抗。

最终得到的双频功率放大器结构如图1所示。

下面依据本发明进行一个1.9/2.6GHz LTE双频功率放大器设计。

一种提高双频功率放大器输出功率和效率的方法，包括以下四个步骤：

1）使用单频阻抗牵引技术得到双频功率放大器的最佳的基频阻抗、谐波阻抗，基频阻抗、谐波阻抗分别包括输入阻抗和输出阻抗；

2）使用双频的阻抗牵引技术得到双频功率放大器的最佳的交调阻抗，交调阻抗包括输入阻抗和输出阻抗；

以输出阻抗牵引为例，如图2所示，使用双频信号作为激励源激励功放管，调整功放管输出端的交调阻抗，直到得到满意的输出功率和效率指标；

3）设计一输入匹配电路，实现步骤1)和步骤2)中得到的最佳基频、谐波、交调输入阻抗；

4）设计一输出匹配电路，实现步骤1)和步骤2)中得到的最佳基频、谐波、交调输出阻抗。

输出匹配电路如图3所示，为π型结构，此结构的优点是可以独立的对基频阻抗和交调阻抗进行调谐。即先调整低通滤波器之前的电路元件，实现需要的基频阻抗；再调整低通滤波器之后的电路元件，实现需要的交调阻抗，此调整不会影响基频阻抗。

经过实测，此双频功率放大器的功率利用因子达185.4%，漏极效率超过50%，而此前国际有报道的最佳指标为功率利用因子仅35.8%，漏极效率仅26.7%，可见，使用此方法大大提升了双频功率放大器的指标。

Claims (1)

1.一种提高双频功率放大器输出功率和效率的方法，其特征在于：在功率放大器的输入和输出匹配电路中引入交调频率的阻抗匹配，交调频率是指两个基频频率的和、差引入的交调项，具体包括以下四个步骤：

1）使用单频阻抗牵引技术得到双频功率放大器的最佳的基频阻抗、谐波阻抗，基频阻抗、谐波阻抗分别包括输入阻抗和输出阻抗；

2）使用双频的阻抗牵引技术得到双频功率放大器的最佳的交调阻抗，交调阻抗包括输入阻抗和输出阻抗；

3）设计一输入匹配电路，实现步骤1)和步骤2)中得到的最佳基频、谐波、交调输入阻抗；

4）设计一输出匹配电路，实现步骤1)和步骤2)中得到的最佳基频、谐波、交调输出阻抗。

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